硬密封球阀在煤化工行业应用中损坏原因分析及解决方案

1、行业应用概述：

 金属硬密封球阀越来越多应用于壳牌、德士古等粉煤气化装置中，其应用介质在油、气、水的基础上增加了煤粉、煤渣、渣浆等高黏结性、高硬度的固体颗粒。由于固体颗粒介质的特殊性，应用于此类介质的球阀使用一段时间后，易出现内漏、卡顿、开关不到位等现象。此时，执行器的持续输出力可能对球阀整体主要操作件造成破坏、从而影响生产运行。

2、故障分析

 根据现场使用情况调查，应用于固体颗粒工段的金属硬密封球阀，故障频率高，容易出现内漏、卡等故障，通常金属硬密封在线运行时间多为半年左右，甚至二三个月就出现故障，这也成为制约整个装置长期运行的瓶颈。

（1）内漏原因分析

 球阀内漏与工艺介质的性质、运行条件、密封副涂层材料的选择等因素相关。球阀的内漏主要原因：密封面涂层冲刷；介质对密封面剥落与腐蚀。

 分析表现，金属硬密封球阀、密封副涂层之间存在着粘结的现象，如果密封副涂层选取不合适，密封面之间就会产生严重的粘结，在开关过程中密封面之间就严重拉伤。

 球阀在开启瞬间，由于上下游相对压差较大，流通间隙较小，流速较快，此时固体颗粒介质会对球阀密封副涂层产生强烈的冲刷，随着球阀开关频率不断增加，最终导致球阀内漏。

（2）卡顿及开关不到位原因分析

 固体颗粒用球阀出现卡及开关不到位的直接原因：密封面拉伤；固体颗粒介质在阀腔内堆积；轴承、轴套等不做硬化处理或设计结构不合理。

 有些工段开启压差很大，温度较高，导致密封面摩擦较大，开关所需的克服摩擦力所做的功大部分转化为热能，升高了密封面的温度，更加增大了附着磨损和氧化磨损的趋势。随着开关次数的增加，密封面很容易拉伤，造成开关卡。

3、优化方案

 固体颗粒用金属密封球阀，由于其应用介质的特殊性，密封面的整体寿命均较短，无法很好满足现场实际使用需求，存在很大的安全隐患。因而应从阀门整体结构出发，对阀门进行优化设计，如密封面材质选择、开口碟簧设计、卸灰槽设计、阀座结构优化等，可有效提高应用于固体颗粒的硬密封球阀密封面的使用寿命，进而可提高整个球阀在线运行时间。

（1）密封面材质选择

 经多次实验表明，密封面的涂层材料选择并非越硬越好，也没有量佳的适用于任何场合的特殊材料，根据工艺介质条件及操作要求，采用合适的硬质合金材料，并采用合理的密封结构，才能效预防密封面副粘结。

 在密封面材料选择上，经过大量试验，对几十种密封副材料进行配比试验，从中挑出了具有强工况针对性，抗粘接性、抗氧化性、良好导热性及导电性的硬质合金涂层材料。该硬质合金涂层*解决了高压、高温、纯净气体工况下，硬质合金粘结、氧化、热量积累以及静电放电等难题，其应用于固体颗粒介质时，无论在而磨性能还是使用寿命上教师得到了很在的提升。

 在密封结构上，采用定量压缩、双轴承、开口碟簧补偿等结构设计，保证高温、常温和低温下开关扭矩稳定及开关到位。

（2）开口蝶簧设计

 固体颗粒球阀越来越多地选用碟簧。通常情况下，应用碟簧的球阀即使在无压状态下，开启与关闭过程中产生的扭矩亦不相同，开启过程中扭矩波动不大，但关闭过程出现扭矩衔最大再突然变小然后再逐渐增大现象。原因是球体在关闭的过程中，阀座的侧斜造成起始位置与关闭位置的碟簧预紧力不同，相应的球阀密封副之间产生的摩擦力不同。

 开口碟簧可解决阀门开启与关闭扭矩不同的问题。球阀开启或关闭过程中，开口蝶簧使开品侧碟簧力变小，此时虽然阀座侧斜，一侧的碟簧压缩量会增大，但由于开口的影响，使两侧的力基本相同，保证球阀关闭与开启过程中球座密封副涂层产生的摩擦力矩基本恒定，降低了正台球阀的开关扭矩，有效降低了阀门卡涩故障。

（3）卸灰槽设计

 进入到碟簧位置的物料相对螺旋弹簧较易排出，但物料同样会进入碟簧部位，在碟簧与阀体或阀帽之间形成的三角区域内形成堆积。而且随着压力的变化，阀座组件会产生少量的位移，碟簧变形产生的空隙就会被固体或浆料介质填满，使碟簧无法复位，失云其固有的弹簧性补偿功能而处于卡死状态，从而造成球体与阀座之间的摩擦力只增不减，越来越大，导致球阀开始卡，直至执行器无法驱动球阀出现故障。

 为解决这一问题，物料进入碟簧后，通过卸灰槽排出碟簧后面的灰或浆料，碟簧不会被卡死，保护了阀座的灵活性，从而使该处扭矩很好的控制在设计范围内。

 除以上优化设计，针对固体颗粒介质用球阀，进行了以下方面处理：阀座边缘锐利，起刮刀作用，防止固体颗粒进入阀座与球体的缝隙。阀座环与阀体间的阀座槽的表面粗糙度与尺寸公差合理，保证其间的石墨密封材料在规定的操作及设计温度下不会被挤压，同时防止由于热膨胀引起的阀座粘结。座槽内的阀座环支撑部件在球阀运转过程中不会发生倾斜。阀座表面具有足够的硬度，无污迹、裂缝。

4、总结

 金属硬密封球阀应用于煤粉、煤渣、渣桨等固体颗粒介质时，易出现内漏、卡、开关不到位等故障。通过优化球阀的内部结构，使球阀具有寿命长，而高温、而磨损、而冲刷等特点，广泛用于高温、高压、易结晶、沉淀性介质工况。